Роторний двигун внутрішнього згоряння

Реферат: UA 68168 U UA 68168 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Роторний двигун внутрішнього згоряння, що заявляється, належить до галузі двигунобудування, і може бути використаний у виробництві двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) із спільним використанням інших видів перетворювачів енергії. Відомі ДВЗ класичного типу, що містять поршневу групу та кривошип, газорозподільну систему та систему запалювання. До таких ДВЗ належить, наприклад ДВЗ, до складу якого входять циліндр з поршнем, головка циліндра, кривошипи, шатун, система розподілу газу та маховик, при цьому поздовжній вал у двигуні виконано багатокулачковим, верхні головки штоків сполучені із пальцями поршнів, а напроти кожного циліндра розміщено один середній кулачок та два функціональних, крім того, середній кулачок пов'язаний із поршнем за допомогою штока, [див. пат РФ № 2374466, Мкл. F02В 75/00, 2009 р.]. Недоліком такого ДВЗ є його недостатня надійність через те, що поршень, минувши верхню позицію, дуже рідко досягає низу, чим суттєво збільшує навантаження і на себе і на шатун. До недоліків такої конструкції ДВЗ слід віднести і її складність через наявність маховика та системи газорозподілу. Відомий також роторний ДВЗ, що містить корпус із внутрішньою циліндричною поверхнею, який споряджений каналами впускання паливної суміші та випускання відпрацьованих газів, при цьому ротор виконаний профільованим яйцевидного перерізу з можливістю контакту профільованій поверхні із кромками заслінок, що змонтовані рухомо, а їх кількість складає більш ніж дві [див. пат. РФ № 2370655 МПК F02B 75/00, 2009 р.]. Недоліком такого типу ДВЗ є складність виготовлення роторів такої конструкції, що здорожує двигун. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, за технічною суттю є двигун Ванкеля, який містить корпус із впускним та випускним вікнами, у середині корпусу виконані робочі камери та змонтовано ротор, камера згоряння палива із свічкою запалювання, а також пристрій впорскування палива. Ротор виконаний тригранним та змонтований з можливістю його обкатування навколо шестірні, при цьому кожна з вершин тригранного ротора здійснює рух по епітроходальній поверхні циліндра з можливістю відсікання змінних об'єктів камер у циліндрі за допомогою трьох клапанів. Ротор при обертанні у циліндричній камері завдяки своїй формі виконує роль поршня у ДВЗ і одночасно роль колінчастого вала. Завдяки тригранній формі ротора у системі утворюються три камери згоряння, а паливо впорскується послідовно у кожну з них [див. Бажанов А И., Пятов И.С. Новое применение для "Ванкелей". // М.: Автодвигатель. Научно-технический журнал № 3.-2010. - С. 20-21, № 4. - С. 30-31]. Суттєвими недоліками двигуна Ванкеля є складність в управлінні, що виникає через необхідність узгодження режимів подачі палива в кожну окрему камеру згоряння, необхідність створення спеціальної системи подачі палива, що призводить до збільшення масогабаритних характеристик, а також обмежений ККД через неповне згоряння палива та використання при перетворенні тепла у механічну роботу тільки одного ступеня свободи з усіх трьох. Задачею корисної моделі є зменшення масогабаритних розмірів та підвищення ККД шляхом зміни конструкції. Поставлена задача вирішується таким чином. У відомому роторному ДВЗ із спорядженим впускним та випускним вікнами корпусом, у середині якого розміщені робочі камери, ротор, камера згоряння палива із свічкою запалювання та пристрій впорскування палива, згідно з корисною моделлю, ДВЗ містить додатковий перетворювач енергії, а кількість роторів у ньому дорівнює чотирьом, при цьому ротори виконані у формі еліпсоїдних циліндрів, а у їх середині, як додаткові перетворювачі енергії, розташовані вентилятори-компресори для примусового охолодження роторів, крім того, вали вентиляторів-компресорів у роторах зв'язані із валом двигуна редуктором. Крім того, частота обертання вентиляторів-компресорів вибрана з можливістю забезпечення їх роботи як вихрових теплових насосів. На кресленнях, що додаються, схематично зображено роторний ДВЗ, що заявляється. На фіг. 1 - дана його принципова схема у повздовжньому перерізі із демонструванням руху повітря та розігрітого газу після повного згорання палива, на фіг. 2 - дано його поперечний переріз перед початком роботи (у статиці), на фіг. 3 - поздовжній переріз із з демонструванням руху повітря та відпрацьованих газів при стисканні робочого об'єму між лопатками роторів. Роторний ДВЗ містить корпус 1 з каналами 2, ресивер 3, турбіну 4, клапани 5, 6, камеру 7 утворення повітряно-паливної суміші, систему обтюраторів 8, камеру згоряння 9 із свічкою запалювання, а також дифузор 10 для подання повітряно-паливної суміші каналом 11 у турбіну 4, редуктор 12, зовнішній канал 13 для подачі стиснутого повітря крізь клапан 6 у камеру 7 утворення повітряно-паливної суміші. Крім зазначених деталей роторний ДВС містить внутрішню систему 14, що здійснює цикл сумішоутворення, продувок та газового впливу на ротори, всередині яких змонтовані багатодискові вентилятори-компресори 15, а корпус 1 ДВЗ споряджений впускним 16 та випускним 17 вікнами. 1 UA 68168 U 5 10 15 20 25 Роторний ДВЗ працює таким чином. Повітря з навколишнього середовища багатодисковими вентиляторами-компресорами 15 нагнітається по каналу 2 у ресивер 3. Швидкість обертання вентилятора-компресора 15 підбирається такою, щоб забезпечити з тильної сторони його лопаток зривну течію газу по усій довжині лопатки. При проходженні по кожному з дисків багатодискового вентиляторакомпресора 15 повітря залишається холодним з тильної сторони дисків, а при входженні повітря всередину ресивера завдяки стиску-нагрівається. Охолоджене повітря компенсується конвенцією. Завдяки тому, що коефіцієнт перетворювання є більшим одиниці, то відповідно із законом перетворення енергії вентилятор-компресор 15 додатково отримує енергію з зовнішнього середовища. А це значить, що у процесі роботи вентилятор-компресор 15 являє собою тепловий насос. У такому режимі роботи вентилятор-компресор є відкритою системою відносно до атмосфери зовнішнього повітря. Для відкритих систем слід застосовувати не закони збереження енергії, а закон перетворення. Повітря у ресивері 3 з вентилятором-компресором 15 адіабатично стискається в об'ємі, а температура стискання його при цьому підвищується. Стисне повітря по зовнішньому каналу 13 крізь клапан 6 подається у камеру 7 сумішоутворення, де змішується з паливом, що попередньо підігріте стінками камери згоряння 9 до температури газифікації 700-800 К, повітряно-паливна суміш крізь обтюратори 8, потрапляючи у камеру згоряння 9 підпалюється свічкою запалювання. Після повного спалювання палива повітряно-паливна суміш по каналу 11 дифузором 10 подається в турбіну 4. Внутрішня система 14 здійснює цикли сумішоутворення продувок та газового впливу на ротори. Після робочого ходу здійснюється продувка системи 14. За один оберт вала турбіни 4 реалізується два ходи. Випробуваннями роторного ДВЗ показане, що при габаритах 0,05 м та витратах палива 1,2 мг/с, середню потужність двигуна, енергетичний ККД, максимальний тиск та максимальну температуру паливно-повітряної суміші після повного згоряння палива можна проілюструвати у взаємозв'язку, що наведений у таблиці. Таблиця Параметри Потужність к.с. ККД за потужністю, % Р max Атм T max К 30 Швидкість обертання об./хв 6000 8000 58,3 63,9 2000 47,1 4000 52,7 32 35 39 76 4030 43 2250 31 1660 10000 69,5 12000 75,0 43 47 50 26 1370 22 1190 20 1070 Максимально можливий ККД у процесі перетворення тепла у механічну роботу по потужності у такій конструкції двигуна внутрішнього згорання не може перевищувати 67 %, реальний ККД складає 45 %. Такий чином, при простоті конструкції, високій технологічності його виготовлення, з використанням при цьому матеріалів загального призначення при габаритах 0,05 м, ДВЗ віддає потужність до 75 к.с. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 1. Роторний ДВЗ із спорядженим впускним та випускним вікнами корпусом, усередині якого розміщені робочі камери, ротор, камера згоряння палива із свічкою запалювання та пристрій впорскування палива, який відрізняється тим, що він містить додатковий перетворювач енергії, а кількість роторів у ньому дорівнює чотирьом, при цьому ротори виконані у формі еліпсоїдних циліндрів, а у їх середині, як додаткові перетворювачі енергії, розташовані вентилятори-компресори для примусового охолодження роторів, крім того, вали вентиляторівкомпресорів у роторах зв'язані із валом двигуна редуктором. 2. Роторний ДВЗ за п. 1, який відрізняється тим, що частота обертання вентиляторівкомпресорів вибрана з можливістю забезпечення їх роботи як вихрових теплових насосів. 2 UA 68168 U 3 UA 68168 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4